Sistem bubar- Bentukan dua fasa (benda) atau lebih yang praktis tidak bercampur dan tidak bereaksi secara kimia satu sama lain. Dalam kasus khas sistem dua fase, zat pertama ( fase terdispersi) didistribusikan dengan halus di detik ( media dispersi). Jika terdapat beberapa fasa, maka dapat dipisahkan satu sama lain secara fisik (centrifuge, pisahkan, dll).
Biasanya sistem terdispersi adalah larutan koloid, sol. Sistem terdispersi juga mencakup kasus media terdispersi padat dimana fase terdispersi berada. Solusi senyawa dengan berat molekul tinggi oleh Anda
Klasifikasi sistem dispersi
Klasifikasi sistem dispersi yang paling umum didasarkan pada perbedaan keadaan agregasi media pendispersi dan fase terdispersi (fase). Kombinasi tiga jenis keadaan agregasi memungkinkan kita membedakan sembilan jenis sistem dispersi dua fase. Agar singkatnya, biasanya dilambangkan dengan pecahan, yang pembilangnya menunjukkan fasa terdispersi, dan penyebutnya menunjukkan medium pendispersi; misalnya, untuk sistem gas-dalam-cair sebutan G/L diterima.
| Penamaan | Fase tersebar | Media dispersif | Judul dan contoh |
|---|---|---|---|
| Y Y | Berbentuk gas | Berbentuk gas | Campuran selalu homogen (udara, gas alam) |
| F/G | Cairan | Berbentuk gas | Aerosol: kabut, awan |
| T/G | Keras | Berbentuk gas | Aerosol (debu, asap), zat tepung |
| G/F | Berbentuk gas | Cairan | Emulsi gas dan busa |
| F/F | Cairan | Cairan | Emulsi: minyak, krim, susu |
| B/F | Keras | Cairan | Suspensi dan sol: pulp, lumpur, suspensi, pasta |
| H/T | Berbentuk gas | Keras | Badan berpori: polimer busa, batu apung |
| W/T | Cairan | Keras | Sistem kapiler (badan berpori berisi cairan): tanah, tanah |
| T/T | Keras | Keras | Sistem heterogen padat: paduan, beton, keramik kaca, material komposit |
Berdasarkan sifat kinetik fase terdispersinya, sistem dispersi dua fase dapat dibagi menjadi dua kelas:
- Sistem yang tersebar secara bebas, di mana fase terdispersi bersifat mobile;
- Sistem yang tersebar secara kohesif, yang media pendispersinya berbentuk padat, dan partikel-partikel fase terdispersinya saling berhubungan dan tidak dapat bergerak bebas.
Pada gilirannya, sistem ini diklasifikasikan menurut tingkat penyebarannya.
Sistem dengan partikel fase terdispersi berukuran sama disebut monodisperse, dan sistem dengan ukuran partikel tidak sama disebut polidispersi. Biasanya, sistem nyata di sekitar kita bersifat polidispersi.
Ada juga sistem terdispersi dengan jumlah fase yang lebih banyak - sistem terdispersi yang kompleks. Misalnya, ketika media pendispersi cair mendidih dengan fase terdispersi padat, sistem tiga fase “uap - tetesan - partikel padat” diperoleh.
Contoh lain dari sistem dispersi kompleks adalah susu, yang komponen utamanya (tidak termasuk air) adalah lemak, kasein, dan gula susu. Lemaknya berbentuk emulsi dan ketika susu didiamkan, lambat laun naik ke atas (krim). Kasein terkandung dalam bentuk larutan koloid dan tidak dilepaskan secara spontan, tetapi dapat dengan mudah diendapkan (dalam bentuk keju cottage) bila susu diasamkan, misalnya dengan cuka. Dalam kondisi alami, kasein dilepaskan saat susu menjadi asam. Terakhir, gula susu berbentuk larutan molekuler dan dilepaskan hanya ketika air menguap.
Sistem yang tersebar secara bebas
Berdasarkan ukuran partikelnya, sistem yang terdispersi bebas dibagi menjadi:
Sistem ultramikroheterogen juga disebut koloid atau sol. Tergantung pada sifat media pendispersinya, sol dibagi menjadi sol padat, aerosol (sol dengan media pendispersi gas) dan lyosol (sol dengan media pendispersi cair). Sistem mikroheterogen meliputi suspensi, emulsi, busa dan bubuk. Sistem kasar yang paling umum adalah sistem gas padat (misalnya pasir).
Sistem koloid memainkan peran besar dalam biologi dan kehidupan manusia. Dalam cairan biologis tubuh, sejumlah zat berada dalam keadaan koloid. Benda biologis (sel otot dan saraf, darah dan cairan biologis lainnya) dapat dianggap sebagai larutan koloid. Media pendispersi darah adalah plasma - larutan garam dan protein anorganik.
Sistem yang tersebar secara kohesif
Bahan berpori
Bahan berpori dibagi menurut ukuran porinya, menurut klasifikasi M.M. Dubinin, menjadi:
Berdasarkan ciri geometrinya, struktur berpori dibedakan menjadi reguler(di mana dalam volume tubuh terdapat pergantian yang benar dari pori-pori atau rongga individu dan saluran yang menghubungkannya) dan stokastik(dimana orientasi, bentuk, ukuran, posisi relatif dan hubungan pori-pori bersifat acak). Sebagian besar material berpori dicirikan oleh struktur stokastik. Sifat pori-pori juga penting: membuka pori-pori berkomunikasi dengan permukaan tubuh sehingga cairan atau gas dapat disaring melaluinya; jalan buntu pori-pori juga berhubungan dengan permukaan tubuh, tetapi keberadaannya tidak mempengaruhi permeabilitas material; pori-pori tertutup .
Sistem heterogen yang solid
Contoh khas dari sistem heterogen padat adalah material komposit (komposit) yang baru-baru ini banyak digunakan - material padat, tetapi heterogen yang dibuat secara artifisial, yang terdiri dari dua atau lebih komponen dengan batas antarmuka yang jelas di antara keduanya. Pada sebagian besar bahan ini (kecuali bahan berlapis), komponennya dapat dibagi menjadi matriks dan termasuk di dalamnya elemen penguat; dalam hal ini, elemen penguat biasanya bertanggung jawab atas karakteristik mekanis material, dan matriks memastikan operasi gabungan elemen penguat. Material komposit tertua termasuk adobe, beton bertulang, baja damask, dan papier-mâché. Saat ini, plastik yang diperkuat serat, fiberglass, dan logam-keramik banyak digunakan dan telah diterapkan di berbagai bidang teknologi.
Pergerakan sistem yang tersebar
Mekanika media multifase berkaitan dengan studi tentang pergerakan sistem tersebar. Secara khusus, masalah optimalisasi berbagai perangkat panas dan listrik (unit turbin uap, penukar panas, dll.), serta pengembangan teknologi untuk menerapkan berbagai pelapis, menjadikan masalah pemodelan matematis aliran gas dekat dinding. -campuran tetesan cair yang relevan. Pada gilirannya, keragaman yang signifikan dalam struktur aliran dekat dinding media multifase, kebutuhan untuk mempertimbangkan berbagai faktor (inersia tetesan, pembentukan film cair, transisi fase, dll.) memerlukan konstruksi model matematika khusus media multifase yang saat ini sedang aktif dikembangkan
|
Tanda klasifikasi |
Nama sistem |
|
Ukuran partikel fase terdispersi: |
|
|
Ultramikroheterogen (sistem nano) |
|
|
Sangat halus |
|
|
10 nm – 1 mikron |
Sangat tersebar |
|
1 – 100 mikron |
Kasar |
|
Komposisi pecahan partikel fase terdispersi: |
|
|
partikel dengan ukuran yang sama |
Monodispersi |
|
partikel dengan ukuran berbeda |
Polidispersi |
|
Konsentrasi partikel fase terdispersi: |
|
|
Tersebar bebas atau tersebar secara koheren |
|
|
Tersebar secara kohesif atau tersebar secara bebas |
|
|
Sifat interaksi partikel terdispersi dengan media pendispersi: |
|
|
Lyofobia |
|
|
Liofilik |
|
|
Karakter distribusi fase: |
|
|
padat |
Kontinum |
|
jaring lapisan tipis |
Dua kontinyu |
|
Bentuk Partikel: |
|
|
Panjang, lebar dan ketebalan kira-kira sama (dari 1 nm hingga 10 µm) |
Volumetrik (tiga dimensi) |
|
ketebalannya sama (1 nm - 10 µm), tetapi panjang dan lebarnya jauh lebih besar dan dapat mempunyai nilai makroskopis (lebih dari 100 µm) |
Permukaan (dua dimensi) |
|
benang sangat tipis, serat, diameter penampang berkisar antara 1 nm hingga 10 µm |
Linier (satu dimensi) |
|
bulat, kubik |
Simetris |
|
elips, prismatik |
Anisodiametri |
Klasifikasi berdasarkan keadaan agregasi. Klasifikasi sistem terdispersi yang paling umum didasarkan pada perbedaan keadaan agregasi antara fase terdispersi dan fase terdispersi. Kombinasi tiga jenis keadaan agregasi memungkinkan kita membedakan sembilan jenis sistem terdispersi. Untuk singkatnya, mereka biasanya dilambangkan dengan pecahan, yang pembilangnya menunjukkan fase terdispersi, dan penyebutnya menunjukkan media pendispersi, misalnya, untuk sistem “gas dalam cairan” sebutan G/L diterima.
Klasifikasi sistem terdispersi menurut keadaan agregasi fase terdispersi dan media pendispersi
|
Penamaan |
Fase tersebar |
Media dispersif |
Judul dan contoh |
|
Emulsi: minyak, krim, susu |
|||
|
Suspensi dan sol: pulp, lumpur, suspensi, pasta |
|||
|
Berbentuk gas |
Emulsi gas, busa, air berkarbonasi |
||
|
Sistem kapiler: cairan dalam benda berpori, tanah, tanah, sel, mutiara |
|||
|
Sistem heterogen padat: paduan, beton, kaca-keramik, material komposit, batuan |
|||
|
Berbentuk gas |
Badan berpori, membran, batu apung |
||
|
Berbentuk gas |
Aerosol: kabut, awan |
||
|
Berbentuk gas |
Aerosol (debu, asap), bubuk |
||
|
Berbentuk gas |
Berbentuk gas |
Tidak ada sistem dispersi yang terbentuk |
Semua kombinasi di atas mungkin dan benar-benar ada.
Kasus pertama agak terpisah - G 1 / G 2. Biasanya, campuran gas membentuk sistem dispersi molekul yang homogen. Dan hanya beberapa gas pada tekanan tinggi yang mampu menghasilkan campuran dengan kelarutan terbatas – campuran heterogen. Perlu juga diperhatikan orisinalitas sistem seperti busa, busa polistiren, emulsi pekat, dan pasta. Keunikannya terletak pada kenyataan bahwa dalam hal ini tidak hanya fase terdispersi yang terdispersi, tetapi juga media pendispersi, karena partikel-partikel bahan terdispersi dipisahkan oleh lapisan tipis medium; ketebalan film dapat mencapai dimensi koloid, yaitu medium juga terdispersi secara koloid, tetapi hanya dalam satu dimensi - ketebalan.
Dalam keadaan terdispersi koloid, fase terdispersi terdiri dari sejumlah kecil molekul. Partikel koloid individu pada dasarnya adalah inti suatu fase, yang keadaan agregasinya terkadang sulit ditentukan dengan pasti.
Selain itu, pengalaman menunjukkan bahwa perbedaan keadaan agregasi zat terdispersi (dengan keadaan agregasi media pendispersi yang konstan) tidak menyebabkan perubahan signifikan pada sifat-sifat sistem koloid. Dalam hal ini, klasifikasi disederhanakan, dan kemungkinan sembilan jenis sistem terdispersi dapat dikurangi menjadi tiga - sesuai dengan keadaan agregat mediumnya: sistem dengan medium gas, cair dan padat. Singkatnya, masing-masing disebut aerosol, lyosol, dan solidosol. Tergantung pada sifat media pendispersinya, lyosol disebut hidrosol, alkosol, eterosol, dll. Media pendispersi sol ini masing-masing adalah air, alkohol, dan eter. Sistem mikroheterogen dengan media pendispersi cair dan fase terdispersi padat disebut suspensi, dan dengan fase terdispersi cair - emulsi.
Ketiga kelompok sol ini berbeda secara signifikan satu sama lain dalam hal sifat, khususnya stabilitas. Pertanyaan tentang kestabilan sistem koloid adalah pertanyaan yang sangat penting yang secara langsung berkaitan dengan keberadaan sistem koloid. Oleh karena itu, hal ini perlu dicermati lebih dekat. Telah disebutkan sebelumnya bahwa sistem dispersi koloid tidak stabil secara termodinamika. Namun posisi ini perlu diperjelas, terutama karena untuk sol yang berbeda (aerosol, lyosol, solidosol) situasi akhirnya berbeda.
Penangguhan- sistem terdispersi di mana fase terdispersinya adalah padatan dan media pendispersinya adalah cairan, dan padatan tersebut praktis tidak larut dalam cairan. Untuk menyiapkan suspensi, Anda perlu menggiling bahan menjadi bubuk halus, menuangkannya ke dalam cairan yang bahannya tidak larut, dan mengocoknya dengan baik (misalnya, mengocok tanah liat dalam air). Seiring waktu, partikel-partikel tersebut akan jatuh ke dasar wadah. Proses ini disebut pengendapan. Jelasnya, semakin kecil partikelnya, semakin lama suspensi tersebut bertahan. Oleh karena itu, semakin besar partikelnya, semakin tinggi ketidakstabilan sedimentasinya.
Emulsi- sistem terdispersi dimana fase terdispersi dan media pendispersinya merupakan cairan yang tidak dapat bercampur satu sama lain. Emulsi dapat dibuat dari air dan minyak dengan mengocok campuran dalam waktu lama. Contoh emulsi adalah susu, di mana butiran-butiran kecil lemak mengapung di dalam cairan. Suspensi dan emulsi merupakan sistem dua fase.
Busa. Seperti emulsi, busa adalah sistem yang terdispersi secara kasar, oleh karena itu, dalam banyak proses teknologi, busa diperoleh dengan metode dispersi yang sama seperti yang digunakan untuk memperoleh gelembung gas.
Aerosol– sistem terdispersi yang terdiri dari partikel kecil, padat atau cair yang tersuspensi dalam lingkungan gas. Aerosol, yang fase terdispersinya terdiri dari tetesan cairan, disebut kabut, dan dalam kasus fase terdispersi padat, disebut asap. Debu tergolong aerosol kasar.
Berdasarkan ukuran partikel sistem yang tersebar secara bebas terbagi
Ultramikroheterogen sistem disebut juga larutan koloid atau sol. Tergantung pada sifat media pendispersinya, sol dibagi menjadi sol padat, aerosol (sol dengan media pendispersi gas) dan lyosol (sol dengan media pendispersi cair). KE mikroheterogen sistem meliputi suspensi, emulsi, busa dan bubuk. Paling umum kasar sistem adalah sistem gas padat, seperti pasir. Tersebar secara terhubung sistem (benda berpori) menurut klasifikasi M.M. Dubinin dibagi menjadi beberapa kelompok
Sistem bubar- Bentukan dua fasa (benda) atau lebih yang praktis tidak bercampur dan tidak bereaksi secara kimia satu sama lain. Dalam kasus khas sistem dua fase, zat pertama ( fase terdispersi) didistribusikan dengan halus di detik ( media dispersi). Jika terdapat beberapa fasa, maka dapat dipisahkan satu sama lain secara fisik (centrifuge, pisahkan, dll).
Biasanya sistem terdispersi adalah larutan koloid, sol. Sistem terdispersi juga mencakup kasus media terdispersi padat dimana fase terdispersi berada. Larutan senyawa dengan berat molekul tinggi juga memiliki semua sifat sistem terdispersi.
Klasifikasi sistem dispersi
Klasifikasi sistem dispersi yang paling umum didasarkan pada perbedaan keadaan agregasi media pendispersi dan fase terdispersi (fase). Kombinasi tiga jenis keadaan agregasi memungkinkan kita membedakan sembilan jenis sistem dispersi dua fase. Agar singkatnya, biasanya dilambangkan dengan pecahan, yang pembilangnya menunjukkan fasa terdispersi, dan penyebutnya menunjukkan medium pendispersi; misalnya, untuk sistem gas-dalam-cair sebutan G/L diterima.
| Penamaan | Fase tersebar | Media dispersif | Judul dan contoh |
|---|---|---|---|
| Y Y | Berbentuk gas | Berbentuk gas | Campuran selalu homogen (udara, gas alam) |
| F/G | Cairan | Berbentuk gas | Aerosol: kabut, awan |
| T/G | Keras | Berbentuk gas | Aerosol (debu, asap), zat tepung |
| G/F | Berbentuk gas | Cairan | Emulsi gas dan busa |
| F/F | Cairan | Cairan | Emulsi: minyak, krim, susu |
| B/F | Keras | Cairan | Suspensi dan sol: pulp, lumpur, suspensi, pasta |
| H/T | Berbentuk gas | Keras | Badan berpori: polimer busa, batu apung |
| W/T | Cairan | Keras | Sistem kapiler (badan berpori berisi cairan): tanah, tanah |
| T/T | Keras | Keras | Sistem heterogen padat: paduan, beton, keramik kaca, material komposit |
Berdasarkan sifat kinetik fase terdispersinya, sistem dispersi dua fase dapat dibagi menjadi dua kelas:
- Sistem yang tersebar secara bebas, di mana fase terdispersi bersifat mobile;
- Sistem yang tersebar secara kohesif, yang media pendispersinya berbentuk padat, dan partikel-partikel fase terdispersinya saling berhubungan dan tidak dapat bergerak bebas.
Pada gilirannya, sistem ini diklasifikasikan menurut tingkat penyebarannya.
Sistem dengan partikel fase terdispersi berukuran sama disebut monodisperse, dan sistem dengan ukuran partikel tidak sama disebut polidispersi. Biasanya, sistem nyata di sekitar kita bersifat polidispersi.
Ada juga sistem terdispersi dengan jumlah fase yang lebih banyak - sistem terdispersi yang kompleks. Misalnya, ketika media pendispersi cair mendidih dengan fase terdispersi padat, sistem tiga fase “uap - tetesan - partikel padat” diperoleh.
Contoh lain dari sistem dispersi kompleks adalah susu, yang komponen utamanya (tidak termasuk air) adalah lemak, kasein, dan gula susu. Lemaknya berbentuk emulsi dan ketika susu didiamkan, lambat laun naik ke atas (krim). Kasein terkandung dalam bentuk larutan koloid dan tidak dilepaskan secara spontan, tetapi dapat dengan mudah diendapkan (dalam bentuk keju cottage) bila susu diasamkan, misalnya dengan cuka. Dalam kondisi alami, kasein dilepaskan saat susu menjadi asam. Terakhir, gula susu berbentuk larutan molekuler dan dilepaskan hanya ketika air menguap.
Sistem yang tersebar secara bebas
Berdasarkan ukuran partikelnya, sistem yang terdispersi bebas dibagi menjadi:
Sistem ultramikroheterogen juga disebut koloid atau sol. Tergantung pada sifat media pendispersinya, sol dibagi menjadi sol padat, aerosol (sol dengan media pendispersi gas) dan lyosol (sol dengan media pendispersi cair). Sistem mikroheterogen meliputi suspensi, emulsi, busa dan bubuk. Sistem kasar yang paling umum adalah sistem gas padat (misalnya pasir).
Sistem koloid memainkan peran besar dalam biologi dan kehidupan manusia. Dalam cairan biologis tubuh, sejumlah zat berada dalam keadaan koloid. Benda biologis (sel otot dan saraf, darah dan cairan biologis lainnya) dapat dianggap sebagai larutan koloid. Media pendispersi darah adalah plasma - larutan garam dan protein anorganik.
Sistem yang tersebar secara kohesif
Bahan berpori
Bahan berpori dibagi menurut ukuran porinya, menurut klasifikasi M.M. Dubinin, menjadi:
Berdasarkan ciri geometrinya, struktur berpori dibedakan menjadi reguler(di mana dalam volume tubuh terdapat pergantian yang benar dari pori-pori atau rongga individu dan saluran yang menghubungkannya) dan stokastik(dimana orientasi, bentuk, ukuran, posisi relatif dan hubungan pori-pori bersifat acak). Sebagian besar material berpori dicirikan oleh struktur stokastik. Sifat pori-pori juga penting: membuka pori-pori berkomunikasi dengan permukaan tubuh sehingga cairan atau gas dapat disaring melaluinya; jalan buntu pori-pori juga berhubungan dengan permukaan tubuh, tetapi keberadaannya tidak mempengaruhi permeabilitas material; pori-pori tertutup .
Sistem heterogen yang solid
Contoh khas dari sistem heterogen padat adalah material komposit (komposit) yang baru-baru ini banyak digunakan - material padat, tetapi heterogen yang dibuat secara artifisial, yang terdiri dari dua atau lebih komponen dengan batas antarmuka yang jelas di antara keduanya. Pada sebagian besar bahan ini (kecuali bahan berlapis), komponennya dapat dibagi menjadi matriks dan termasuk di dalamnya elemen penguat; dalam hal ini, elemen penguat biasanya bertanggung jawab atas karakteristik mekanis material, dan matriks memastikan operasi gabungan elemen penguat. Material komposit tertua termasuk adobe, beton bertulang, baja damask, dan papier-mâché. Sekarang tersebar luas
Baik media pendispersi maupun fase terdispersi dapat terdiri dari zat-zat yang berada dalam keadaan agregasi berbeda. Tergantung pada kombinasi keadaan media pendispersi dan fase terdispersi, delapan jenis sistem tersebut dapat dibedakan
Klasifikasi sistem tersebar berdasarkan keadaan agregasi
|
Media dispersif |
Fase tersebar |
Contoh beberapa sistem dispersi alam dan rumah tangga |
|
Cairan |
Kabut, gas berasosiasi dengan tetesan oli, campuran karburator pada mesin mobil (tetesan bensin di udara) |
|
|
Padat |
Debu di udara, asap, kabut asap, simoom (badai debu dan pasir) |
|
|
Cairan |
Minuman bersoda, mandi busa |
|
|
Cairan |
Media cair tubuh (plasma darah, getah bening, cairan pencernaan), cairan isi sel (sitoplasma, karioplasma) |
|
|
Padat |
Kissel, jeli, perekat, lumpur sungai atau laut yang tersuspensi dalam air, mortar |
|
|
Padat |
Kerak salju dengan gelembung udara di dalamnya, tanah, kain tekstil, batu bata dan keramik, karet busa, coklat aerasi, bubuk |
|
|
Cairan |
Tanah lembab, produk medis dan kosmetik (salep, maskara, lipstik, dll.) |
|
|
Padat |
Batuan, kaca berwarna, beberapa paduan |
Selain itu, sebagai fitur klasifikasi, kita dapat membedakan konsep seperti ukuran partikel dari sistem terdispersi:
- - Tersebar kasar (> 10 mikron): gula pasir, tanah, kabut, tetesan air hujan, abu vulkanik, magma, dll.
- - Sedang-halus (0,1-10 mikron): eritrosit darah manusia, E. coli, dll.
gel suspensi emulsi terdispersi
- - Sangat tersebar (1-100 nm): virus influenza, asap, kekeruhan di perairan alami, sol berbagai zat yang diperoleh secara artifisial, larutan berair dari polimer alami (albumin, gelatin, dll.), dll.
- - Berukuran nano (1-10 nm): molekul glikogen, pori-pori halus batubara, sol logam diperoleh dengan adanya molekul zat organik yang membatasi pertumbuhan partikel, tabung nano karbon, benang nano magnetik yang terbuat dari besi, nikel, dll.
Sistem terdispersi kasar: emulsi, suspensi, aerosol
Berdasarkan ukuran partikel zat penyusun fase terdispersi, sistem terdispersi dibedakan menjadi sistem terdispersi kasar dengan ukuran partikel lebih dari 100 nm dan sistem terdispersi halus dengan ukuran partikel 1 sampai 100 nm. Jika suatu zat dipecah menjadi molekul atau ion yang berukuran kurang dari 1 nm, sistem homogen akan terbentuk - suatu larutan. Larutannya homogen, tidak ada antarmuka antara partikel dan medium, sehingga tidak termasuk dalam sistem dispersi. Sistem terdispersi kasar dibagi menjadi tiga kelompok: emulsi, suspensi dan aerosol.
Emulsi adalah sistem terdispersi dengan media pendispersi cair dan fase terdispersi cair.
Mereka juga dapat dibagi menjadi dua kelompok: 1) langsung - tetesan cairan non-polar di lingkungan polar (minyak dalam air); 2) terbalik (air dalam minyak). Perubahan komposisi emulsi atau pengaruh luar dapat menyebabkan terjadinya transformasi emulsi langsung menjadi emulsi terbalik dan sebaliknya. Contoh emulsi alami yang paling terkenal adalah susu (emulsi langsung) dan minyak (emulsi terbalik). Emulsi biologis yang khas adalah tetesan lemak di getah bening.
Di antara emulsi yang dikenal dalam praktik manusia adalah cairan pemotongan, bahan bitumen, pestisida, obat-obatan dan kosmetik, serta produk makanan. Misalnya, dalam praktik medis, emulsi lemak banyak digunakan untuk memberikan energi kepada tubuh yang kelaparan atau lemah melalui infus intravena. Untuk mendapatkan emulsi tersebut, minyak zaitun, biji kapas dan kedelai digunakan. Dalam teknologi kimia, polimerisasi emulsi banyak digunakan sebagai metode utama untuk memproduksi karet, polistiren, polivinil asetat, dll. Suspensi adalah sistem kasar dengan fase terdispersi padat dan media pendispersi cair.
Biasanya, partikel fase terdispersi suatu suspensi berukuran sangat besar sehingga mengendap di bawah pengaruh gravitasi - sedimen. Sistem di mana sedimentasi terjadi sangat lambat karena perbedaan kecil dalam kepadatan fase terdispersi dan media pendispersi disebut juga suspensi. Suspensi konstruksi yang penting secara praktis adalah kapur (“susu kapur”), cat enamel, dan berbagai suspensi konstruksi, misalnya yang disebut “mortir semen”. Suspensi juga termasuk obat-obatan, misalnya salep cair - obat gosok. Kelompok khusus terdiri dari sistem terdispersi kasar, dimana konsentrasi fase terdispersi relatif tinggi dibandingkan dengan konsentrasi rendah dalam suspensi. Sistem terdispersi seperti ini disebut pasta. Misalnya saja gigi, kosmetik, kebersihan, dan lain-lain, yang sudah Anda kenal dari kehidupan sehari-hari.
Aerosol adalah sistem terdispersi kasar di mana media pendispersinya adalah udara, dan fase terdispersi dapat berupa tetesan cair (awan, pelangi, hairspray atau deodoran yang dikeluarkan dari kaleng) atau partikel zat padat (awan debu, angin puting beliung)
Sistem koloid - di dalamnya ukuran partikel koloid mencapai hingga 100 nm. Partikel tersebut dengan mudah menembus pori-pori kertas saring, tetapi tidak menembus pori-pori membran biologis tumbuhan dan hewan. Karena partikel koloid (misel) mempunyai muatan listrik dan melarutkan cangkang ionik, sehingga tetap tersuspensi, partikel tersebut mungkin tidak mengendap dalam waktu yang cukup lama. Contoh mencolok dari sistem koloid adalah larutan gelatin, albumin, gom arab, dan larutan koloid emas dan perak.
Sistem koloid menempati posisi perantara antara sistem kasar dan solusi sebenarnya. Mereka tersebar luas di alam. Tanah, tanah liat, air alami, banyak mineral, termasuk beberapa batu mulia, semuanya merupakan sistem koloid.
Ada dua kelompok larutan koloid: cair (larutan koloid - sol) dan seperti gel (jeli - gel).
Sebagian besar cairan biologis sel (sitoplasma yang telah disebutkan, sari inti - karioplasma, isi vakuola) dan organisme hidup secara keseluruhan adalah larutan koloid (sol). Semua proses vital yang terjadi pada organisme hidup berhubungan dengan keadaan materi koloid. Di setiap sel hidup, biopolimer (asam nukleat, protein, glikosaminoglikan, glikogen) ditemukan dalam bentuk sistem terdispersi.
Gel adalah sistem koloid di mana partikel fase terdispersi membentuk struktur spasial.
Gel dapat berupa: makanan - selai jeruk, marshmallow, daging kental, jeli; biologis - tulang rawan, tendon, rambut, jaringan otot dan saraf, tubuh ubur-ubur; kosmetik - gel mandi, krim; medis - obat-obatan, salep; mineral - mutiara, opal, akik, kalsedon.
Sistem koloid sangat penting bagi biologi dan kedokteran. Komposisi setiap organisme hidup meliputi zat padat, cair, dan gas yang mempunyai hubungan kompleks dengan lingkungan. Dari sudut pandang kimia, tubuh secara keseluruhan merupakan kumpulan kompleks dari banyak sistem koloid.
Cairan biologis (darah, plasma, getah bening, cairan serebrospinal, dll) adalah sistem koloid di mana senyawa organik seperti protein, kolesterol, glikogen dan banyak lainnya berada dalam keadaan koloid. Mengapa alam memberikan preferensi seperti itu padanya? Fitur ini terutama disebabkan oleh fakta bahwa suatu zat dalam keadaan koloid memiliki antarmuka yang besar antar fase, yang berkontribusi pada reaksi metabolisme yang lebih baik.
Contoh sistem dispersi alami dan buatan. Mineral dan batuan sebagai campuran alami
Seluruh alam yang mengelilingi kita - organisme hewan dan tumbuhan, hidrosfer dan atmosfer, kerak bumi dan lapisan tanah di bawahnya adalah kumpulan kompleks dari berbagai jenis sistem kasar dan koloid yang berbeda-beda. Awan di planet kita adalah makhluk hidup yang sama dengan seluruh alam yang mengelilingi kita. Mereka sangat penting bagi Bumi karena merupakan saluran informasi. Bagaimanapun, awan terdiri dari zat kapiler air, dan air, seperti yang Anda tahu, adalah alat penyimpan informasi yang sangat baik. Siklus air di alam mengarah pada fakta bahwa informasi tentang keadaan planet dan suasana hati manusia terakumulasi di atmosfer, dan, bersama dengan awan, bergerak ke seluruh ruang bumi. Ciptaan alam yang menakjubkan - awan, yang memberikan kegembiraan, kenikmatan estetis, dan sekadar keinginan untuk sesekali melihat ke langit.
Kabut juga dapat menjadi contoh sistem dispersi alami, akumulasi air di udara, ketika produk kondensasi kecil uap air terbentuk (pada suhu udara di atas? 10° - tetesan air kecil, pada? 10..? 15° - campuran tetesan air dan kristal es, pada suhu di bawah?15° - kristal es berkilau di bawah sinar matahari atau di bawah cahaya bulan dan lentera). Kelembaban relatif udara saat berkabut biasanya mendekati 100% (setidaknya melebihi 85-90%). Namun, pada musim salju yang parah (? 30° ke bawah) di daerah berpenduduk, di stasiun kereta api dan lapangan terbang, kabut dapat diamati pada kelembaban relatif berapa pun (bahkan kurang dari 50%) - karena kondensasi uap air yang terbentuk selama pembakaran bahan bakar (dalam mesin, tungku, dll.) dan dilepaskan ke atmosfer melalui pipa knalpot dan cerobong asap.
Durasi kabut yang terus menerus biasanya berkisar dari beberapa jam (dan terkadang setengah jam hingga satu jam) hingga beberapa hari, terutama di musim dingin.
Kabut mengganggu pengoperasian normal semua jenis transportasi (terutama penerbangan), sehingga prakiraan kabut sangat penting secara ekonomi.
Contoh sistem dispersi kompleks adalah susu, yang komponen utamanya (tidak termasuk air) adalah lemak, kasein, dan gula susu. Lemaknya berbentuk emulsi dan ketika susu didiamkan, lambat laun naik ke atas (krim). Kasein terkandung dalam bentuk larutan koloid dan tidak dilepaskan secara spontan, tetapi dapat dengan mudah diendapkan (dalam bentuk keju cottage) bila susu diasamkan, misalnya dengan cuka. Dalam kondisi alami, kasein dilepaskan saat susu menjadi asam. Terakhir, gula susu berbentuk larutan molekuler dan dilepaskan hanya ketika air menguap.
Banyak gas, cairan dan padatan larut dalam air. Gula dan garam meja mudah larut dalam air; karbon dioksida, amonia, dan banyak zat lainnya, ketika bertabrakan dengan air, menjadi larutan dan kehilangan keadaan agregasi sebelumnya. Suatu zat terlarut dapat diisolasi dari suatu larutan dengan cara tertentu. Jika larutan garam meja diuapkan, garam tersebut tetap berbentuk kristal padat.
Ketika zat dilarutkan dalam air (atau pelarut lain), sistem seragam (homogen) terbentuk. Jadi, solusi adalah sistem homogen yang terdiri dari dua komponen atau lebih. Larutan dapat berbentuk cair, padat, dan gas. Larutan cair misalnya larutan gula atau garam meja dalam air, alkohol dalam air, dan sejenisnya. Larutan padat dari satu logam ke logam lain termasuk paduan: kuningan adalah paduan tembaga dan seng, perunggu adalah paduan tembaga dan timah, dan sejenisnya. Zat gas adalah udara atau campuran gas apa pun.
Zat murni sangat langka di alam. Campuran zat yang berbeda dalam keadaan agregasi yang berbeda dapat membentuk sistem yang heterogen dan homogen - sistem dan larutan terdispersi.
Zat yang terdapat dalam jumlah lebih kecil dan terdistribusi dalam volume lain disebut fase terdispersi. Ini mungkin terdiri dari beberapa zat.
Zat yang terdapat dalam jumlah lebih besar, yang volumenya fase terdispersinya terdistribusi, disebut media pendispersi. Ada antarmuka antara itu dan partikel-partikel fase terdispersi, oleh karena itu, sistem terdispersi disebut heterogen (tidak homogen).
Baik media pendispersi maupun fase terdispersi dapat diwakili oleh zat-zat yang berada dalam keadaan agregasi berbeda - padat, cair, dan gas.
Tergantung pada kombinasi keadaan agregasi media pendispersi dan fase terdispersi, 8 jenis sistem tersebut dapat dibedakan (Tabel 11).
Tabel 11
Contoh sistem tersebar
Berdasarkan ukuran partikel zat penyusun fasa terdispersi, sistem terdispersi dibedakan menjadi sistem terdispersi kasar (suspensi) dengan ukuran partikel lebih dari 100 nm dan sistem terdispersi halus (larutan koloid atau sistem koloid) dengan ukuran partikel 100 hingga 1. nm. Jika suatu zat dipecah menjadi molekul atau ion yang berukuran kurang dari 1 nm, sistem homogen akan terbentuk - suatu larutan. Seragam (homogen), tidak ada antarmuka antara partikel fase terdispersi dan medium.
Bahkan pengenalan sekilas terhadap sistem dan solusi yang tersebar menunjukkan betapa pentingnya sistem dan solusi tersebut dalam kehidupan sehari-hari dan di alam (lihat Tabel 11).
Nilailah sendiri: tanpa lumpur Nil, peradaban besar Mesir Kuno tidak akan terjadi; tanpa air, udara, batu, dan mineral, planet kehidupan tidak akan ada sama sekali - rumah kita bersama - Bumi; tanpa sel tidak akan ada organisme hidup, dll.
Klasifikasi sistem dispersi dan solusinya disajikan pada Skema 2.
Skema 2
Klasifikasi sistem dispersi dan solusinya
Menskors
Suspensi adalah sistem terdispersi yang ukuran partikel fasanya lebih dari 100 nm. Ini adalah sistem buram, yang masing-masing partikelnya dapat dilihat dengan mata telanjang. Fase terdispersi dan media pendispersi mudah dipisahkan dengan pengendapan. Sistem tersebut dibagi menjadi tiga kelompok:
- emulsi (medium dan fasenya adalah cairan yang tidak larut satu sama lain). Ini adalah susu terkenal, getah bening, cat berbahan dasar air, dll.;
- suspensi (mediumnya berupa cairan, dan fasanya adalah padatan yang tidak larut di dalamnya). Ini adalah solusi konstruksi (misalnya, “susu kapur” untuk mengapur), lumpur sungai dan laut yang tersuspensi dalam air, suspensi hidup organisme hidup mikroskopis di air laut - plankton, yang menjadi makanan paus raksasa, dll.;
- aerosol adalah suspensi dalam gas (misalnya, di udara) dari partikel kecil cairan atau padatan. Bedakan antara debu, asap, dan kabut. Dua jenis aerosol pertama adalah suspensi partikel padat dalam gas (partikel lebih besar dalam debu), yang terakhir adalah suspensi tetesan kecil cairan dalam gas. Misalnya, aerosol alami: kabut, awan petir - suspensi tetesan air di udara, asap - partikel padat kecil. Dan kabut asap yang menyelimuti kota-kota terbesar di dunia juga merupakan aerosol dengan fase tersebar padat dan cair. Penduduk pemukiman dekat pabrik semen menderita debu semen terbaik yang selalu menggantung di udara, yang terbentuk selama penggilingan bahan baku semen dan produk pembakarannya - klinker. Aerosol berbahaya serupa - debu - juga terdapat di kota-kota dengan produksi metalurgi. Asap dari cerobong asap pabrik, kabut asap, tetesan kecil air liur yang keluar dari mulut penderita flu, dan juga aerosol berbahaya.
Aerosol berperan penting dalam alam, kehidupan sehari-hari dan aktivitas produksi manusia. Akumulasi awan, pengolahan lahan secara kimia, pengaplikasian cat semprot, atomisasi bahan bakar, produksi susu bubuk, dan pengolahan pernafasan (inhalasi) merupakan contoh fenomena dan proses dimana aerosol memberikan manfaat.
Aerosol adalah kabut di atas ombak laut, dekat air terjun dan air mancur, pelangi yang muncul di dalamnya memberikan kegembiraan dan kenikmatan estetika bagi seseorang.
Untuk kimia, sistem terdispersi dengan air sebagai medianya adalah yang paling penting.
Sistem koloid
Sistem koloid adalah sistem terdispersi yang ukuran partikel fasanya berkisar antara 100 hingga 1 nm. Partikel-partikel ini tidak terlihat dengan mata telanjang, dan fase terdispersi serta media pendispersi dalam sistem tersebut sulit dipisahkan dengan pengendapan.
Mereka dibagi menjadi sol (larutan koloid) dan gel (jeli).
1. Larutan koloid, atau sol. Ini adalah sebagian besar cairan sel hidup (sitoplasma, sari inti - karioplasma, isi organel dan vakuola) dan organisme hidup secara keseluruhan (darah, getah bening, cairan jaringan, cairan pencernaan, cairan humoral, dll.). Sistem seperti itu membentuk perekat, pati, protein, dan beberapa polimer.
Larutan koloid dapat diperoleh melalui reaksi kimia; misalnya, ketika larutan kalium atau natrium silikat (“gelas larut”) bereaksi dengan larutan asam, larutan koloid asam silikat akan terbentuk. Sol juga terbentuk selama hidrolisis besi (III) klorida dalam air panas. Larutan koloid mempunyai penampakan yang mirip dengan larutan sebenarnya. Mereka dibedakan dari yang terakhir dengan "jalur bercahaya" yang terbentuk - sebuah kerucut ketika seberkas cahaya melewatinya. Fenomena ini disebut efek Tyndall. Partikel fase terdispersi sol, lebih besar dari pada larutan sebenarnya, memantulkan cahaya dari permukaannya, dan pengamat melihat kerucut bercahaya di dalam wadah berisi larutan koloid. Itu tidak terbentuk dalam solusi yang benar. Anda dapat mengamati efek serupa, tetapi hanya untuk aerosol dan bukan koloid cair, di bioskop ketika seberkas cahaya dari kamera film melewati udara gedung bioskop.
Partikel fase terdispersi larutan koloid seringkali tidak mengendap bahkan selama penyimpanan jangka panjang karena tumbukan terus menerus dengan molekul pelarut akibat pergerakan termal. Mereka tidak saling menempel ketika saling mendekat karena adanya muatan listrik dengan nama yang sama di permukaannya. Namun pada kondisi tertentu dapat terjadi proses koagulasi.
Pembekuan- fenomena partikel koloid saling menempel dan mengendap - diamati ketika muatan partikel-partikel ini dinetralkan ketika elektrolit ditambahkan ke larutan koloid. Dalam hal ini, larutan diubah menjadi suspensi atau gel. Beberapa koloid organik menggumpal ketika dipanaskan (lem, putih telur) atau ketika lingkungan asam-basa larutan berubah.
2. Subkelompok kedua dari sistem koloid adalah gel, atau jeli y mewakili sedimen agar-agar yang terbentuk selama koagulasi sol. Ini termasuk sejumlah besar gel polimer, yang sangat Anda kenal sebagai gula-gula, gel kosmetik dan medis (gelatin, aspic, jeli, selai jeruk, kue souffle Susu Burung) dan tentu saja beragam gel alami yang tak ada habisnya: mineral (opal), ubur-ubur tubuh , tulang rawan, tendon, rambut, otot dan jaringan saraf, dll. Sejarah perkembangan kehidupan di Bumi sekaligus dapat dianggap sebagai sejarah evolusi wujud materi koloid. Seiring waktu, struktur gel terganggu dan air dilepaskan darinya. Fenomena ini disebut sineresis.